manual mecanica de fluidos, Apuntes de Mecánica de Fluidos

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE

MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES

CUAUTITLÁN

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

CUADERNO DE PRÁCTICAS

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES

CUAUTITLÁN

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

CUADERNO DE PRÁCTICAS

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS

Semestre 24- 1

Autores:

Ing. Emilio Juarez Martinez

Ing. Agapito Rodriguez Nava

Ing. José Antonio Sánchez Gutiérrez

C O N T E N I D O

PRÁCTICA No. NOMBRE

1 NÚMERO DE REYNOLDS

2 TEOREMA DE BERNOULLI

3 PERFIL DE VELOCIDADES

4 VERTEDEROS

5 PÉRDIDA DE CARGA DE UN

FLUIDO INCOMPRESIBLE

6 BOMBA CENTRÍFUGA DE FLUJO

RADIAL

7 PUNTO DE OPERACIÓN DE UNA

BOMBA CENTRÍFUGA

8 BOMBA SERIE-PARALELO

9 TURBOSOPLADOR

10 TURBINA PELTON

11 MEDICIÓN DE ARRASTRE:

APLICACIÓN DEL TEOREMA DE

CANTIDAD DE MOVIMIENTO

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

SECCIÓN MECÁNICA

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS

NÚMERO DE REYNOLDS

PRACTICA No. 1

1. OBJETIVO.

a) Conocimiento de los tipos de flujo en fluidos incompresibles por medio del

parámetro de Reynolds.

b) Partiendo de la hipótesis newtoniana de los fluidos, analizar el comportamiento

de variables como viscosidad, densidad, velocidad, etc., y llegar a determinar cuál

de ellas predomina en el flujo laminar.

2. INTRODUCCIÓN.

El experimento de Reynolds persigue que sea encontrada la diferencia esencial entre los

diferentes tipos de flujo laminar, transición y turbulento, llegar a comprobar la hipótesis

de Reynolds de que para un No. De Reynolds menor que 2300 solo puede existir flujo

laminar y esto ayudará al alumno a entender con más claridad cómo le afecta este

parámetro en el diseño de dispositivos y redes de conducción de fluidos.

3. DIBUJO DE LA INSTALACIÓN.

4. MATERIAL.

Descripción de los instrumentos empleados.

Cronómetro, probeta graduada y termómetro de bulbo.

5. PROCEDIMIENTO.

a) Llenar el tanque con la sustancia de trabajo, determinar su temperatura y tratar de que

se encuentre en reposo, para evitar las turbulencias en la alimentación.

b) Se abre (un poco) la válvula del tanque y luego la del líquido colocado, se fija un flujo

laminar (se caracteriza por una línea recta y uniforme del colorante) y se mide el gasto

con el recipiente de volumen conocido y un cronómetro. Hacer varias mediciones

diferentes hasta encontrar los límites de esta zona.

c) Sin dejar que el flujo sea completamente turbulento (éste se caracteriza por que las

partículas del fluido tienen movimientos irregulares y siguen trayectorias fluctuantes

y erráticas) se fija un punto intermedio de transición y se mide de nuevo el gasto.

Haciendo también varias mediciones para localizar esta zona.

d) Por último, se fija un flujo turbulento y se mide el gasto con el valor del diámetro del

tubo y se calculan las velocidades en cada caso y con ésta se calcula el número de

Reynolds correspondiente.

6. REGISTRO DE LECTURAS Y TABLA CORRESPONDIENTE.

LECTURA VOLUMEN

(m

3

TIEMPO (s) DIÁMETRO

(m)

TEMP. (°C)

9. GRÁFICAS.

10. CUESTIONARIO.

1. Son ocho las variables que pueden intervenir en cualquier problema de Mecánica de

Fluidos digan de cuáles se trata.

2. Son cinco las fuerzas que pueden actuar sobre un fluido cualquiera ¿Cuáles son éstas?
3. ¿Qué ventajas técnicas y económicas representan los números adimensionales?
4. ¿Cuál es la definición del parámetro adimensional de Reynolds?
5. ¿Qué viscosidades se pueden utilizar en la fórmula de Reynolds y en qué unidades se

miden?

6. Enuncie las dos condiciones en que se apoya la teoría de modelos.
7. ¿Qué es un modelo y qué un prototipo?
8. En ensayos realizados en túneles de viento y en otros experimentos, la fuerza

predominante, además de la debida al gradiente de presiones, es la fuerza debida a la

viscosidad ¿Qué número adimensional se utiliza?

11. CONCLUSIONES.

12. BIBLIOGRAFÍA.

Mecánica de los Fluidos

Irving H. Shames.

Mecánica de los Fluidos y Máquinas Hidráulicas

Claudio Mataix.

Mecánica de los Fluidos e Hidráulica.

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

SECCIÓN MECÁNICA

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS

TEOREMA DE BERNOULLI

PRACTICA No. 2

1. OBJETIVO.

Demostración experimental de la ecuación de Bernoulli.

2. INTRODUCCIÓN.

El movimiento de un fluido compresible dentro de un ducto a velocidad subsónica y

considerando que la temperatura es constante a través del conducto, el proceso se podrá

considerar isoentrópico lo que permite tratar al fluido como si fuera incomprensible.

Cuando el flujo es irrotacional y en condiciones de régimen permanente se observa que

la suma de las energías; cinética de posición y de presión debe ser la misma en todos los

puntos del espacio.

3. MATERIAL Y EQUIPO.

Consta de un ventilador acoplado a un motor de corriente alterna, un conducto para

que se desarrolle el flujo, un Venturi y en él una serie de manómetros diferenciales

para tomar las lecturas.

4. MÉTODO DE OPERACIÓN.

1. Encienda el ventilador y espere 2 minutos para que estabilice el flujo de aire.
2. Coloque los aparatos de medición requeridos y espere a que la lectura se estabilice

antes de hacer anotaciones.

3. En los piezómetros se leen las presiones en cada punto considerando, la energía de

posición se tomará con respecto a un nivel de referencia que puede ser el centro del

Venturi.

4. Entre el piezómetro ubicado inmediatamente antes de la entrada del Venturi y el de

la garganta de este se tomará la diferencia de presión h.

Esta la utilizaremos para determinar el caudal que circula a través del Venturi.

5. Repita los puntos 2 y 3 tantas veces como lecturas se deseen tomar.

5. TABLA DE RESULTADOS.

DATOS GENERALES

TEMP. (°C) AIRE

H (mts. columna de agua)

PESO ESPECÍFICO / AGUA N/m

3

PESO ESPECÍFICO / AIRE N/m

3

LECTURA PRESIÓN

RELATIVA mts.

col. agua

ÁREA

m

2

OBSERVACIONES

6. FÓRMULAS Y CÁLCULOS.

1

1

2

1

2

2

2

Donde:

1

= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 1

2

= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 2

1

2

= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 1

1

= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 1

2

2

= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 2

2

= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 2

La ecuación para determinar el gasto se obtiene al aplicar la ecuación de Bernoulli combinada

con la ecuación de continuidad al Venturi, obteniéndose la siguiente ecuación.

4

2 𝑔ℎ(

𝛾

0

𝛾

− 1 )

1 −(

𝐴 4

𝐴

1

)

2

4

2 𝑔ℎ(

𝛾

0

𝛾

− 1 )

1 −(

𝐷

4

𝐷 1

)

2

Donde:

3

4

= Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑎𝑟𝑔𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑚

2

h= Diferencia de presiones entre la garganta y la sección anterior al Venturi en metros

columna de aire.

1

= Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 𝑒𝑛 𝑚

3

1

= 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 𝑒𝑛 𝑚

4

= 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑎𝑟𝑔𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑚

0

3

𝛾 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑒𝑛

3

CUESTIONARIO.

1. Explique el teorema de Bernoulli y su utilidad práctica.
2. ¿Cómo se afecta el teorema de Bernoulli cuando se aplica a fluidos compresibles?
3. Si el fluido fuera viscoso e incompresible como se escribiría para poder

explicarlo.

4. ¿Cómo podría deducir el teorema de Bernoulli a partir de las ecuaciones de Euler?

9. CONCLUSIONES.

10. BIBLIOGRAFÍA.

Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas, Claudio Matax.

Mecánica de los Fluidos e Hidráulica, Giles U. R.

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

SECCIÓN MECÁNICA

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS

PERFIL DE VELOCIDADES

PRACTICA No. 3

1. OBJETIVO

Conocimiento práctico del perfil de velocidades representado en un flujo compresible

en el interior de un ducto, así como la determinación de las causas que hacen variar

la velocidad en diversos puntos de dicho flujo y aplicación del Teorema de Bernoulli

al tubo de Pitot, para la obtención de velocidades puntuales.

2. INTRODUCCIÓN.

Cuando un fluido fluye a lo largo de una superficie, las partículas más cercanas a

dicha superficie son frenadas debido a la existencia de fuerzas viscosas

independientemente de que se trate de un fluido laminar o turbulento. Las partículas

adyacentes a la superficie se adhieren a ésta y las capas sucesivas de partículas sufren

un frenado como resultado de una interacción entre el fluido que se mueve más rápido

y el que se mueve más lento, fenómeno que da lugar a fuerzas de corte.

3. DIBUJO DE LA INSTALACIÓN.

6. TABLA DE LECTURAS.

DATOS GENERALES

A (cm) B (cm) Temp °C Peso

específico del

aire

Peso

específico del

agua.

X Y PRESIÓN DINÁMICA

Xo Yo PULGADAS

7. FÓRMULAS

𝜇

0

0

0

1

2

𝑚

0

Donde:

0

3

𝛾 = 𝐹𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑠𝑒 ℎ𝑎𝑐𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 (

3

𝑛 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑚. 𝑐. 𝑎.

𝑔 = 𝐴𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 (

2

𝐻𝑑𝑖𝑛 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎 (𝑚𝑡𝑠. 𝑐𝑜𝑙. 𝑎𝑔𝑢𝑎)

𝑚

= 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎(𝑚𝑡𝑠. 𝑐𝑜𝑙. 𝑎𝑔𝑢𝑎)

8. RESULTADOS GENERALES.

SECCIÓN DE FLUJO

(m

2

VELOCIDAD MEDIA

(m/s)

CAUDAL

(m

3

/s)

X Y VELOCIDAD PUNTUAL (m/s)